无人机倾斜摄影测量在矿山测绘中的应用

黄宗剑

摘要：矿山测绘能够为矿山建设、资源开发提供数据支持，确保矿山开采效率和效益，推进矿山建设。传统矿山测绘技术的测绘时间比较长，且测绘效率比较低，无法满足快速成图要求。在定位技术、无人机技术和通讯技术快速发展过程中，矿山测绘中开始应用倾斜摄影测量技术，技术应用效果显著。

关键词：无人机倾斜摄影测量;矿山测绘;应用

1无人机倾斜摄影测量技术概述

无人机倾斜摄影测量技术是在无人机垂直摄影技术的基础上发展起来的，解决了无人机垂直摄影技术只能获得垂直方向航拍影像数据的弊端，攻克了多角度、多方位获取测绘区域地面信息的技术难关。无人机倾斜摄影测量技术早期阶段主要应用于建筑物外立面纹理信息的获取上，在矿山地形测量、工程测量等领域应用较少。随着动态GPS技术、图像融合处理以及多元数据处理系统的快速发展，解决了倾斜摄影数据处理难的问题，其应用领域也越来越广泛，如地形测量、工程测量等。倾斜摄影三维自动建模软件属于自動化建模软件，能够通过多源序列影像生成高分辨率三维模型。建模软件通过全自动空三解算，建立不规则三角网络，自动化纹理映射，快速建立三维模型。该建模软件通过倾斜摄影能够在垂直影像上获取结构信息，并且基于单张影像测量原理获取建筑立面结构，通过调整、提拉和编辑等操作获取精细单体化模型。通过倾斜摄影纹理采集特点，能够从影像中采集模型贴图，自动化生成模型贴图。

2无人机倾斜摄影技术在矿山测绘中的应用

2.1项目概况

此次研究以某矿山作为测绘对象，矿山的地理条件复杂，且区域危险性比较高，地质环境的差异比较大。测绘面积为19×104m2，划分为10个测绘区。四旋翼飞行平台能够确保飞行稳定性和性能。荷载重量为3kg，续航时间为1.3h，飞行高度为400m，地面站控制半径超过8km。专业倾斜摄影相机，该无人机所应用的摄像机分辨率高，且覆盖范围广。摄影相机总像素大于1亿，重量1.68kg，分辨率为0.01～0.1m，记忆卡存储在应用无人机倾斜摄影技术时，必须满足环境气候条件，选择在晴朗无风天气下飞行。

2.2影像获取与预处理

在开始航摄之前，必须设定基本航向。明确测绘无人机现状的同时，全面分析无人机性能、参数与飞行时间等，以此开展外业倾斜摄影。在航空摄影期间，能够获得不同倾斜角度影像资料，同时可以实现影像自动化拍摄，获得倾斜影像资料。完成区域内数据采集后，对数据进行预处理。选择适宜的拍摄影像，将影像反射到虚拟影像中，以此减少地面竖直物体的重影问题。

2.3像片控制测量

像片控制测量有助于提升测绘结果的精度，在布设控制点时，应当参考标准要求设置。此次测绘选择航向重叠度为65%，旁向重叠度为60%。在布设像控点时，应当关注到以下问题：第一，根据测绘区域的地形地貌，划分不同的测绘区域。测绘区域外的像控点，多设置在轮廓线以外，位于航向基线数量在1条以上，旁向超过100m位置;第二，在选择像控点时，应当联合测绘区域的地形地貌，选择易识别、无争议的区域，例如明显的地物标志;第三，在山头选择像控点时，可以在地形起伏小的区域，以此确保测量结果的精度。在布设像片控制点时，应当选择高程变化小的区域，以此提升倾斜摄影测量精度;第四，针对制备发育区域，存在高大构筑物的区域，则会加大像控点布设难度。在开展业内测量时，会出现测量遮挡视线问题，从而降低测量精度;第五，当测绘区域内存在大面积水域时，会加大像控点布设难度;第六，在布设像控点时，应当全面分析测绘区域的交通条件，选择交通条件良好，便于存储的区域。

2.4空中三角加密处理

在矿山测绘工作中，极易受到外部环境干扰，例如建筑物和植被等，致使无人机倾斜摄影期间，地面控制点测量无法满足实际需求，小区域测绘存在盲区等问题，从而导致测绘结果不满足标准要求。为了处理以上问题，应当做好空中三角加密处理与校正，以此弥补测绘精度不足问题。对于空中三角加密处理来说，主要是建立影像外方位元素，以此确保预算准确性，联合相关软件消除干扰因素，全面提升测量精度，以此改善地形条件比较差的区域。

2.5三维建模与数据采集

在建立三维数据模型时，需要通过多角度倾斜影像的校正操作、联合平差操作、多视匹配操作等，以此获得三维倾斜模型。完成三维数据模型建立后，可以通过数据处理软件获得区域内的地貌和地物数据。数据采集所涉及的内容如下：①地物要素的采集，主要以人工处理为主，包括建筑物轮廓、控制点信息、建筑物外侧面边线等信息，能够显著的提高最终数据处理精度;②地貌要素的三维信息采集，主要借助数据处理软件自动化处理，主要包括测绘区域1：1000大比例尺等高线以及相应密度的高程注记点等信息的采集，后期经过人工手动整饰、取舍后可投入使用;③遮挡问题处理，对于遮挡严重的区域或者地形地貌有争议的区域进行标注，使用其他辅助测量方法进行补测、调绘等处理。

2.6外业调绘及补测

通过上文分析可知，在航空拍摄操作中，无人机倾斜摄影技术会出现拍摄盲区。在建筑物遮挡与植被茂盛区域无法获得影像。所以在内业处理期间，必须准确标注上述区域，开展外业调绘和补测。

2.7测绘数据处理

完成矿山测绘外业后，通过多视图多维重建技术处理任意像片。将数码影像导入到软件内，自动化生成高质量正射影像，建立高分辨率三维模型，可以获得毫米级精度的模型。像片导入后，通过计算机技术缩短数据处理时间，在多台计算机上实现引擎运行，之后在作业队列中关联，以此获得实景模型。在此次测绘工作中，共获取12121张像片，将POS数据和像片导入到软件内，按照照片自带参数信息与位置信息排列。软件自动开展空间三角加密处理，添加多个地面像控点坐标，以此确保工程地理坐标和模型坐标相同。通过准确计算后，可以自动化获取航片特征点，匹配同名点，以此计算像片的空间位置与姿态角，确定像片关系。此次测绘采集数据源于多个架次，因此会出现空间三角加密点片层变形和偏移问题，因此必须详细记录姿态信息与航片信息。通过新建任务块加载航片，融合姿态信息和位置信息，反算获得地形加密点数据。在获得无纹理信息、不规则三角网之后，可以从航片中选择高像素纹理着色，以此确保三维模型的真实度。应用传统方式检验精度时，将像控点坐标作为真实数据，通过模型可以获取监测值，计算二者差值，可以获得数据高程误差，约为0.01m，平面坐标误差为0.08m，所以可以满足测量要求。

在应用传统测绘技术时，需要投入大量人力与物力。比如专人操控测量设备，专人旁站监指挥测量，专人分析和处理数据。在应用无人机测绘技术时，只需要专人操控无人机即可，可以实现自动化数据采集与自动化分析数据。采用传统测量设施时，无法深入到狭窄区域或者复杂区域监测，对于清晰度不足的影像，还需要多次进行测量，且成图时间比较长。而应用无人机测绘技术时，能够进入到复杂、危险区域内拍摄，且成图质量高，能够缩短成图时间，应用价值高。

3结语

综上所述，无人机倾斜摄影测量技术可以扩大数据采集范围，且测量结果的精度与准确度非常高，可以有效应用于矿山规划与勘测工作中。应用无人机倾斜摄影测量开展矿山测绘工作时，应当联合矿区实际情况，制定无人机航行路线，科学布设像控点，全面采集数据和信息，以此确保数据处理效果。

参考文献：

[1]无人机航测技术在矿山测绘中的应用[J].杨亚君.世界有色金属.2021（13）

[2]基于无人机航测的矿山地形信息测量方法[J].孙时钟.中国金属通报.2021（04）